TI-2121: Proses Manufaktur Dasar-dasar Pembentukan Logam Laboratorium Sistem Produksi www.lspitb lspitb.org 2003 1. Hasil Pembelajaran Umum: Memberikan mahasiswa pengetahuan yang komprehensif tentang dasar-dasar proses pemesinan dan mesin perkakas, proses forming dan molding, metrology dan aplikasi terhadap kualitas produk dan analisis system manufaktur. Khusus: Memberikan pemahaman terhadap proses pembentukan logam, serta perilaku logam saat pembentukan 2 1
Istilah Metal forming = pembentukan logam Plastic deformation = deformasi plastik Yield strength = kekuatan yield Sheet metal = plat logam 3 Pembentukan logam Mengubah bentuk suatu logam menggunakan gaya yang melebihi kekuatan yield, sehingga logam tersebut terdeformasi plastik Hasil/bentuk deformasi bergantung pada die yang digunakan Gaya/tenaga yang digunakan Tekan Tarik Tekuk 4 2
Klasifikasi Pembentukan Logam Bulk = area-to-volume ratio yang rendah 5 Operasi Deformasi Bulk (a) Rolling (b) Forging (c) Extrusion (d) Drawing 6 3
Operasi Plat Logam (a) bending (b) drawing (c) shearing 7 Rolling (1) 8 4
Rolling (2) Ketebalan benda kerja berkurang dengan gaya tekan yang diberikan oleh dua rol secara berlawanan Mesin rolling Sering disebut rolling mills Ukuran mesin sangat besar (massive) Harga mesin mahal, sehingga cocok untuk proses produksi masal (jumlah banyak dan produk standar) Hot rolling Proses rolling dilakukan pada temperatur tinggi Keuntungan: bebas dari residual stress Isotropic Kerugian Toleransi rendah Karakteristik permukaan: oxide scale Cold rolling Mengurangi ketebalan lebih lanjut dari hot rolling Menguatkan logam, meningkatkan toleransi dan bebas oxide scale 9 Rolling Mills 10 5
Proses Rolling (1) Bahan mentah Cast steel ingot yang baru mengalami solidifikasi Proses pemanasan Ingot dimasukkan ke dalam tungku agar temperatur ingot merata Sering disebut proses soaking Tungku yang digunakan disebut soaking pits Temperatur rolling ± 1200 C Proses pengerolan Pengerolan membentuk salah satu dari tiga bentuk lanjutan: bloom, billets atau slab Bentuk lanjutan di atas, dirol kembali hingga membentuk produk akhir 11 Proses Rolling (2) Proses pengerolan Bloom: memiliki penampang kotak dengan dimensi > 150x150mm Billet: dirol dari bloom dan memiliki penampang kotak dengan panjang sisi > 40mm Slab: dirol dari ingot atau bloom, memiliki penampang empat persegi panjang dengan dimensi lebar > 250mm dan ketebalan > 40mm 12 6
Konfigurasi Rolling Mills (a)two-high (b)three-high (c) four-high (d) cluster mill (e) tandem rolling mill 13 Jenis Rolling Lainnya (1) Thread rolling Cold rolling Kecepatan produksi: 8 unit/detik Keuntungan: material terbuang sedikit, ulir lebih kuat, permukaan ulir lebih rata dan tahan terhadap kelelahan (fatique) 14 7
Jenis Rolling Lainnya (2) Ring rolling Hot rolling untuk ring berdiameter besar Cold rolling untuk ring berdiameter kecil Contoh produk: roda kereta api, ring pipa dll. 15 Jenis Rolling Lainnya (3) Roll piercing Hot rolling Untuk membentuk pipa berdinding tebal Sering disebut: rotary tube piercing atau proses Mannesmann 16 8
Forging Proses deformasi dengan memberikan tekanan secara tiba-tiba atau bertahap pada material menggunakan dua dies Untuk membuat komponen otomotif, aerospace dll, dengan kekuatan yang tinggi Mis: crank shaft, gear, komponen turbin dll. Gaya tekan Tiba-tiba: menggunakan mesin forging hammer Bertahap: menggunakan mesin forging press 17 Jenis Operasi Forging (a) open-die forging: die rata, aliran material tidak terkendali (b) impression-die forging: die memilliki bentuk, aliran material terarah + flash (c) flashless forging: die tertutup, aliran material terarah - flash 18 9
Operasi Open-Die Forging (a) fullering: mengurangi luas penampang dan meratakan logam, bentuk die convex (b) edging: mirip fullering, bentuk die concave (c) cogging: mengurangi luas penampang hingga ukuran yang dikendaki 19 Operasi Impression-Die Forging (1) just prior to initial contact with raw workpiece (2) partial compression (3) final die closure, causing flash to form in gap between die plates 20 10
Operasi Flashless Forging (1) just before initial contact with workpiece (2)partial compression (3) final punch and die closure 21 Mesin Forging 22 11
Terminologi dalam Forging 23 Proses Forging Lainnya (1) Upsetting & Heading (1) wire stock is fed to the stop (2) gripping dies close on the stock and the stop is retracted (3) punch moves forward (4) bottoms to form the head 24 12
Proses Forging Lainnya (2) Upsetting & Heading (contoh) (a) Heading a nail using open dies (b) Round head formed by punch (c & d) Heads formed by die (e) Carriage bolt head formed by punch and die 25 Proses Forging Lainnya (3) Swaging & Radial Forging 26 13
Proses Forging Lainnya (4) Swaging & Radial Forging (contoh) (a) Reduction of solid stock (b) Tapering a tube (c) swaging to form a groove on a tube (d) Pointing of a tube (e) Swaging of neck on a gas cylinder 27 Roll forging Proses Forging Lainnya (5) 28 14
Hubbing Proses Forging Lainnya (6) 29 Trimming Untuk menghilangkan flash (shearing process) 30 15
Extrusion Proses pembentukan dengan mendorong material untuk mengalir melalui die terbuka Keuntungan Produk dengan berbagai bentuk penampang dapat dibuat Struktur granular dan kekuatan material baik Toleransi produk baik Material scrap sedikit Hot extrusion Material: aluminum, copper, magnesion, zinc, tin Gaya yang diperlukan berkurang, kecepatan ram tinggi Perlu lubrikasi mis: glass Cold extrusion Material: low carbon steel, stainless steel Kekuatan meningkat (strain hardening), toleransi akurat, 31 Jenis Extrusion (1) Direct extrusion 32 16
Jenis Extrusion (2) Indirect extrusion 33 Contoh Produk Extrusion 34 17
Proses Extrusion Lainnya (1) Impact extrusion (a) forward (b) backward (c) combination of forward and backward 35 Proses Extrusion Lainnya (2) Hydrostatic extrusion 36 18
Cacat Pada Extrusion (a) Centerburst; internal crack akibat dari tensile stress pada garis pusat benda. Penyebab: sudut die yang tajam, rasio extrusi yang rendah, impurities dari material (b) Piping; terjadi pada direct extrusion. Nama lain: tailpipe, fishtailing (c) Surface cracking; akibat temperatur kerja yang tinggi, kecepatan extrusi tinggi, friksi yang tinggi 37 Wire & Bar Drawing Proses pengurangan luas penampang dengan menarik material melalui die Bar drawing: diameter besar Wire drawing: diameter kecil Umumnya cold-working operation Keuntungan: Dimensi akurat mudah dicapai Permukaan baik Kekuatan dan kekerasan meningkat Mudah di setup untuk economical batch atau mass production 38 19
Peralatan Drawing 39 Tube Drawing (1) Without mandrel (tube sinking) 40 20
Tube Drawing (2) With mandrel (a) fixed mandrel (b) floating plug 41 21